粒子与固体相互作用

1、阻止截面LSS理论：在入射离子能量很低的情况下，核能量损失也比电子能量损失小得多。一般情况下，中能和高能轻离子入射，只考虑电子阻止能力。核碰撞在靶中产生不同的效应，如辐射损失问题，需要集中讨论核阻止截面。入射离子为重离子，速度较低时，能量可以从入射粒子通过两原子核屏蔽电荷之间的静电相互作用传给靶原子核。溅射固体表面受到离子轰击时，发生复杂的能量转移，从而发射各种粒子，如原子、分子、电子和光子，若发射的是电子则为二次电子发射；若发射的是较重粒子或原子团，则为溅射。一个入射离子同固体表面层原子碰撞，把能量转移给原子核，如果转移的能量大于原子处在晶格位置的束缚能，就产生反冲原子。初反冲原子再同其他靶

2、原子碰撞，并通过级联碰撞把能量配给它们。如果转移给表面一个原子的能量使其反冲速度的方向有垂直于表面的分量，并大于表面束缚能，则这个表面原子被溅射出来，常用升华热近似表示它，而升华热比产生稳定位错（固体内部的辐射损失）所需的位移能量小。辐射损失效应主要是中子、电子或高能轻离子辐照固体引起的，这时能量转移给靶原子截面小而粒子在固体中的射程大。表面区域的碰撞级联稀少，溅射产额低。from - 粒子与固体相互作用热释光热释光:英文Thermoluminescence；简称TL 有时也被译作热致光、热发光，是一种冷发光现象：一些晶体（例如矿物质）在被加热时，原来吸收并储存在晶格缺陷中的电磁辐射或其他电离

3、辐射会以光子的形式释放出来。该现象不可与黑体辐射（也可称为热发光）混淆。常见应用有热释光测年法。简介是指深陷阱中的电子由于热激活而释放到导带，从而发生复合发光的现象。这种现象是一次性的，也就是固体在受辐射作用后，只有第一次被加热时才会有光被释放出来。在以后的加热过程中，除非重新再接受辐射作用，否则将不会有发光现象。详细内容物理机制 晶体接受高能辐射之后，产生电子激子激发态。在一些材料中，这种激发态被缺陷俘获或禁锢（trapped or arrested）在晶格中而未得到释放，但这些能级并不稳定。当加热晶体时，被俘获的激发态重新与晶体声子作用，回到低能级，从而辐射光子。这种辐射机制与黑体辐射机制

4、不一样。自然环境中存在天然放射性元素，所以处于自然环境中的晶体（缺陷晶体）一般都接受天然辐射作用而存在释光现象。发展20 世纪50 年代，美国W isconsin大学的Daniels将材料的热释光特性用于辐射剂量的测量。 最初使用的氟化锂热释光材料具有很高的灵敏度,但是其热释光性能不稳定。 后来，研究人员相继开发了具有更优异热释光性能的L iF：Mg，Ti 和LiF：Mg， Cu， P ，目前氟化锂系列材料仍是热释光剂量学上应用最广泛的材料。应用新型材料随着科研和生活的需要,对热释光剂量学材料的要求(如较宽的线性剂量响应范围、高灵敏度、重复使用性好等)逐渐提高，研究人员又开发了CaSO4：Mn

5、， CaF2 ：Mn，Li2B4O7 ：Cu，MgSiO4 等新型热释光材料。陶瓷断代对于陶瓷来讲，其中含有大量的矿物晶体，如石英、长石和方解石等，这些晶体长期受到核辐射（如、和）的作用，积累了相当的能量，因此若把陶瓷加热，将可观察热释光现象，热释光的强度与它所接受的核辐照的多少成正比。由于陶瓷所受的核辐射是来自于自然环境和陶瓷本身所含的微少的放射性杂质（如铀、钍和钾40等）。其放射性剂量相对恒定，因此热释光的强度便和受辐时间的长短成正比。在陶瓷的烧制过程中原始的热释光能量都会因高温而全部释放掉，就象是把TL时钟重新拔至零点。此后陶瓷重新积累TL信号，所以最后所测量得到的TL信号，是与陶瓷的烧

6、制年代成正比，这就是热释光断代的基本原理。声子用来描述晶格的简谐振动，量子化的弹性波最小单位，并不是一个真正的粒子，声子可以产生和消灭，属于玻色子，服从玻色子爱因斯坦统计。声子是一种非真实的准粒子，描述晶体原子热振动晶格振动规律的一种能量量子，能量等于q，当晶体中的载流子运动时，会遭受到热振动原子的散射（静止原子并不散射载流子），它们交换能量将以q为单元进行，若电子从晶格振动获得q能量，就称为吸收一个声子；若电子交给晶格q能量，称为发射一个声子。系统中声子的数目与温度有关：因为温度越高，晶格振动越剧烈，能量量子数目就越多，即声子数也就越多。因此随着温度上升，声子散射载流子的作用也就越显著。弛豫

7、原子核从激化的状态回复到平衡列状态的过程叫弛豫过程。（from youdao）紫外线波长10-400nm布拉格峰是指能量峰，重离子束进入身体后不会马上大量释放能量，只有在重离子停下来的位置才会释放其大部分能量，形成一个尖锐的能量峰-布拉格峰色心color center透明晶体中由点缺陷、点缺陷对或点缺陷群捕获电子或空穴而构成的一种缺陷。它的存在引起附加的光吸收带，使晶体着色。这种吸收光波的基本单位，称为色心。但点缺陷本身并非色心，只有当点缺陷缔合一个自由电子或一个自由空穴时，才是一个吸收光的基本单位。如碱卤化合物晶体对可见光是透明的，且具有正负离子两个子晶格，两者都可出现空位和空位复合物，它们

8、俘获电子或空穴而构成新缺陷，引起附加光吸收使晶体着色，这种新缺陷即为色心。晶体的主要特征是其中原子或分子的规则排列，实际晶体中原子的排列综上或多或少偏离严格的周期性。晶体中的原子作微振动时破坏了周期性，因而晶体中传播的电子波或光电波会受到散射，晶体的电学性质或光学性质随即发生变化。在热起伏过程中，晶体的某些原子振动剧烈，脱离格点跑到表面，在内部留下了空格点，即空位；脱离格点的原子进入晶格的间隙位置，形成填隙原子。外来的原子（杂质）进入晶体后，可以处在间隙位置上，成为填隙式的杂质，也可以占据空位而形成替位式原子。在一个或几个晶格常数的线度范围内引起晶格周期性的破坏，统称为晶体中的点缺陷。微观的点

9、缺陷会在晶体中吸收光波，使得晶体呈现各种各样的颜色，这些颜色中心成为色心。点缺陷影响晶体的力学、电学、热学、光学等方面的性质。碱卤化物如果没有色心，在紫外到红外的区段是完全透明的。色心的出现可以使晶体着色。通过以下方式使晶体着色：1.掺入化学杂质，在晶体中形成吸收中心；引入过量金属离子，形成负离子空位，正电性的负离子空位束缚住从金属原子电离的电子，形成可见光的吸收中心；2. X射线、gamma射线、中子或电子轰击晶体形成损伤，使晶体产生点缺陷，可以束缚电子或空穴形成可见光的吸收中心3. 电解过程。F色心自由电子陷落在阴离子空位中形成的一种缺陷称为F色心，由于陷落的电子可以吸收一定波长的光而得名

10、。F：一个氧空位捕获两个电子F+：一个氧空位捕获一个电子；靶溅射：溅射指金表面原子从靶中脱离的现象。当一个级联反冲给靶原子一个大于其表面结合能的能量时，原子可能会被溅射。实际发生溅射时，原子穿过表面时它垂直于表面方向的动能必须大于表面结合能。表面溅射以溅射率描述，定义为每个入射离子所能溅射出的平均靶原子数。溅射率=溅射出的原子数/入射离子数表面结合能的值可能随着辐照而变化。因为溅射使得靶变得粗糙并伴有损伤，而较为粗糙的靶会有较小的表面结合能。当靶变粗糙时，由于每个表面原子电子束缚减弱，溅射率上升。靶损失过程中不同的部分定义如下：位错：一个载能入射粒子将一个晶格原子撞击出它初始位置的过程空位：一

11、个空的晶格位置（没有原子）。一开始所有的晶格位置都被占据，然后位错过程产生了空位。填隙原子：晶体中的原子被撞击出原有的位置并停留在固体中。当入射到固体中的离子停留在固体中时，也被视为填隙原子。碰撞复位：填充了空位的和初始原子相同的新原子。唯一可以让空位可以被复合的机制。位错能：将一个靶原子从晶格中的位置撞击出足够远的距离使其无法迅速回位所需的最小能量。这个最小能量产生一个弗伦克尔对，即一个空位和一个临近的填隙原子，这是离子产生损失中最基本的一种类型。晶格束缚：将一个原子从晶格中移除出来所需的最小能量。克服电子束缚并将原子从晶格中移位出来是需要能量的，因而这部分被转移到反冲原子中的能量被丢失了。

12、晶格结合能必然小于错位能。表面束缚能：靶表面的原子在靠近表面一端未被束缚，因而将其从晶格位置中移除出来所需的能量相比在固体内部被其他原子包围时要小。一个表面原子具有更少的电子束缚需要被打破。溅射对表面束缚能比较敏感。复位碰撞：如果入射原子与它撞击的原子是相同的元素，那么入射粒子可能会将其能力转移给靶原子，将它撞击出晶格位置，而入射原子将会占据靶原子在晶格中的位置，成为复位碰撞。错位=空位+复位碰撞空位+复位原子=填隙原子+（离开靶空间的原子）电导率介质中该量与电场强度之积等于传导电流密度，也成为导电率。用来描述物质中电荷流动难易程度的参数，电阻与电导率的关系，G=1/R。蓝移最大吸收波长向短波

13、长方向移动，美国贝尔实验室在硒化镉中发现随着离子尺寸减小光颜色从红变成绿进而蓝，把这种发光带颜色从红变绿进而蓝或吸收由长波移向短波长的现象称为蓝移。拉曼散射一定频率的激光照射到样品表面时，物质中的分子吸收了部分能量，发生不同方式和程度的振动（原子或化学键的摆动和扭动），然后色散出较低频率的光。频率的变化决定于散射物质的特性，不同原子团振动方式是唯一的，因此可产生特定频率的散射光，其光谱称为“指纹光谱”。拉曼光谱是入射光和分子相碰撞时，分子的振动能量和转动能量和光子能量叠加的效果。利用拉曼光谱可以把处于红外区的分子能谱转移到可见光区来观测。直接带隙半导体导带边和价带边处于k空间相同点的半导体通常

14、称为直接带隙半导体，如GaAs, InP, InSb等。性质当价带电子往导带跃迁时，电子波矢不变，在能带图上即是竖直跃迁，意味着电子跃迁过程中，动量可保持不变，满足动量守恒。如果导带电子下落到价带（电子与空穴复合）时，也可保持动量不变-直接复合，不需要声子来接受或提供动量。因此，直接带隙半导体中载流子的寿命比将很短。直接复合可以把能量几乎全部以光的形式放出（没有声子参与，没有把能量交给晶体原子）发光效率高（发光器件多采用直接带隙半导体制作）。间接带隙半导体导带边和价带边处于k空间不同点的半导体通常称为间接带隙半导体，形成半满能带不只需要吸收能量，还要改变动量。如Ge, Si等。性质直接带隙半导

15、体中电子在跃迁时k值发生变化，电子跃迁前后会极大的几率将能量释放给晶格，转化为声子，变成热能释放。另外，间接型跃迁，导带的电子需要动量与价带空穴复合，因此难以产生基于再结合的发光。想让间接带隙材料发光，可以采用掺杂引入发光体，将能量引入发光体使其发光。半导体的发展第一代Si材料，进入微电子领域，但带隙较窄，电子迁移率和击穿电场低，在光电子和高频高功率器件受到限制。第二代GaAs，进入光电子领域第三代，GzN材料p型掺杂，SiC和ZnO等宽禁带材料，具有强度大，耐高温，耐缺陷，不易退化等优点。激子在半导体中，如果一个电子从满的价带激发到空的导带上去，则在价带内产生一个空穴，而在导带内产生一个电子

16、，从而形成一个电子-空穴对。空穴带正电，电子带负电，它们之间的库仑吸引互作用在一定的条件下会使它们在空间上束缚在一起，这样形成的复合体称为激子。在光跃迁过程中，被激发到导带中的电子和在价带中的空穴由于库仑相互作用，将形成一个束缚态，称为激子。通常可分为万尼尔（Wannier）激子和弗伦克尔（Frenkel）激子，前者电子和空穴分布在较大的空间范围，库仑束缚较弱，电子“感受”到的是平均晶格势与空穴的库仑静电势，这种激子主要是半导体中；后者电子和空穴束缚在体元胞范围内，库仑作用较强，这种激子主要是在绝缘体中。激子对描述半导体的光学特性有重要意义自由激子束缚在杂质上形成束缚激子。激子束缚能大，说明自

17、由激子容易和杂质结合形成发光中心。激子效应对半导体中的光吸收、发光、激射和光学非线性作用等物理过程具有重要影响，并在半导体光电子器件的研究和开发中得到了重要的应用.与半导体体材料相比，在量子化的低维电子结构中，激子的束缚能要大得多，激子效应增强，而且在较高温度或在电场作用下更稳定。在半导体吸收光谱中，本征的带间吸收过程是指半导体吸收一个光子后，在导带和价带同时产生一对自由的电子和空穴.但实际上除了在吸收带边以上产生连续谱吸收区以外，还可以观测到存在着分立的吸收谱线，这些谱线是由激子吸收引起的，其能谱结构与氢原子的吸收谱线非常类似.激子谱线的产生是由于当固体吸收光子时，电子虽已从价带激发到导带，

18、但仍因库仑作用而和价带中留下的空穴联系在一起，形成了激子态.自由激子作为一个整体可以在半导体中运动.这种因静电库仑作用而束缚在一起的电子空穴对是一种电中性的、非导电性的电子激发态.与氢原子一样，激子也具有相应的基态和激发态，但其能量状态与固体中的介电效应和电子空穴的有效质量有关.实际上，固体中的激子态可用类氢模型加以描述，并按此模型很好地估算出激子在带边下分立能级的能态和电离能。总的来说，宽禁带的半导体材料，激子束缚能较大，而激子玻尔半径则比较小.而禁带较窄的材料，其激子电离能较小，激子玻尔半径则较大。激子效应对半导体中的物理过程和光学性质具有重要的影响.激子的吸收和复合直接影响半导体的光吸收

19、和发光，而且，作为固体中的一种元激发，其状态与母体材料的电子能带性质和外场的作用紧密相关.此外，自由激子在半导体中可以受到杂质或缺陷中心在空间上的束缚，形成所谓的束缚激子。其吸收谱线能量位置略低于自由激子的吸收谱线.激子在电中性缺陷上的束缚过程大致可分为两种，它可以是一个自由激子整体地受到缺陷中心的束缚，也可以是一个电荷（电子或空穴）首先被缺陷的近程势所束缚，使缺陷中心带上电荷,然后再通过库仑互作用（远程势）束缚一个电荷相反的空穴或电子，形成束缚激子.束缚激子在半导体发光中有非常重要的地位.在间接带半导体材料中，由于动量选择定则的限制，材料的发光通常是很弱的，但如果存在束缚激子，其波函数在空间

20、上是局域化的，因而发光跃迁的动量选择定则大大放松，无须声子参与就可能具有很大的发光跃迁几率.这样，间接带材料的发光效率将大大增强。例如，在间接带-族半导体材料磷化镓（GaP）中，通过掺入族氮原子（或同时掺入能形成施主受主对的锌和氧），发光就可大大增强，其原因就是因为氮在晶格中代替磷位，是一种电中性的替位式等电子杂质.这种杂质中心由于其电负性与主晶格原子不同，原子尺寸不同等原因，在晶格中会产生作用距离较短的近程势，并使激子束缚在其位置附近形成束缚激子.实验上，在掺氮的GaP中已观测到单个氮原子以及成对氮原子所引起的很强的束缚激子发光，这类掺杂方法已成为制造GaP和GaAsP等可见光发光二极管的基

21、本工艺。激子是由库仑作用结合在一起的电子空穴对，其稳定性取决于温度、电场、载流子浓度等因素.当样品温度较高时，激子谱线由于声子散射等原因而变宽.而当kT(k是玻尔兹曼常数）值接近或大于激子电离能时，激子会因热激发而发生分解.所以，在许多半导体材料中，只有低温下才能观测到清晰的激子发光，而当温度升高后，激子谱线会展宽，激子发光强度降低，以至发生淬灭.另外，在电场的作用下，电子和空穴分别向相反方向运动，因而当半导体处于电场作用下时，激子效应也将减弱,甚至由于电场离化而失效.而当样品中载流子浓度很大时，由于自由电荷对库仑场的屏蔽作用，激子也可能分解.这些影响激子稳定性的物理因素在光电器件应用中，可以

22、作为对激子效应和相关的光学性质进行可控调制的有效手段.但对发光和激光器件来说，特别是对一些需要在室温下大浓度注入条件工作的器件来说，将产生一些不利的影响，使激子效应的应用受到限制.总的来说，当激子束缚能较大时，激子相对比较稳定.如在宽禁带半导体材料（如-族化合物材料和氮化物）以及下面要更详细讨论的半导体量子阱等低维结构中，激子束缚能一般比较大，即使在室温下，激子束缚能也比kT大许多，吸收光谱中能看到明显的激子吸收，激子效应不易淬灭，甚至已实现了以激子复合效应为主的激光器件。应用在一些发光二极管和特殊发光器件的实际应用中，激子发光是一种重要的发光机制，特别是在一些间接带半导体材料和低维结构半导体

23、材料制成的发光二极管中，激子发光跃迁被证明往往起着关键性的作用.例如用氮化物材料可制成篮绿光和紫外光发光二极管.众所周知，氮化物及其合金中一般缺陷浓度是很大的，但发光效率却很高，原因是受到局域化的激子有很高的复合几率，使得载流子在到达非辐射复合中心之前，就通过激子复合对发光作出贡献.人们认为，InGaN/GaN量子阱之所以发光效率很高，与InGaN中存在着组分分凝，甚至形成了量子点，激子发光得到加强有关。辐射复合根据能量守恒原则，电子和空穴复合时应释放一定的能量，如果能量以光子的形式放出，这种复合称为辐射复合（Radiative Recombination）。辐射复合可以是导带电子与价带的空穴

24、直接复合，这种复合又称为直接辐射复合，是辐射复合中的主要形式。此外辐射复合也可以通过复合中心进行。在平衡态，载流子的产生率总与复合率相等。辐射复合（Radiative Recombination）是等离子体中电子与离子碰撞的主要复合过程之一，它是光电离的逆过程，对等离子中电离平衡的建立和维持以及等离子体的辐射输运都起着重要作用。辐射复合的具体过程为：一个离子将一个自由电子俘获到某个壳层， 同时发射一个光子。发光过程中同时存在辐射复合和无辐射复合过程。主要包括：带间复合/导带底的 电子同价带顶的空穴或其附近的载流子复合，具有一定的宽度；杂质能级与带间的复合/浅施主价带、导带浅受主间的载流子复合产

25、生的辐射光为边缘发射；杂质能级间的复合/施主能级上的电子同受主能级上的空穴复合产生辐射复合，简称对复合；激子复合；等电子陷阱复合/晶体中的某个原子被同一族的其他原子所替代，形成等电子杂质；电负性和原子半径不相同，产生一个势场，可以俘获电子或空穴。这种形成的陷阱称为等电子陷阱。等电子陷阱通过短程的势场俘获电子或空穴，形成等电子陷阱上的束缚机子，它们是局域化的，由测不准关系，它们在动量空间上的波函数相当弥散，电子和空穴的波函数有大的交叠，因而能实现准直接跃迁，从而使辐射复合几率显著提高。非辐射复合以除光子辐射之外的其他方式释放能量的复合称为非辐射复合。非辐射复合中主要有多声子复合和俄歇复合。发射声

26、子，即把能量传递给晶格振动，称为多声子复合。俄歇复合在半导体中，电子与空穴复合时，把能量或动量，通过碰撞转移给第三个粒子，第三个粒子跃迁到更高能态，并与晶格反复碰撞后失去能量。整个过程中国能量守恒，动量也守恒。表面复合和界面态复合晶体表面的晶格中断产生悬链能够产生高浓度的深的或晶体表面的晶格中断，产生悬链，能够产生高浓度的深的或浅的能级，它们可以充当复合中心。表面复合是通过表面的跃迁连续进行的，不会产生光子，因而是非辐射复合。原子线由原子外层电子被激发到高能态后跃迁回基态或较低能态，所发射的谱线。点缺陷空位、间隙质点、杂质质点涉及到大约一个原子大小范围内的晶格缺陷，包括晶格位置上缺失应有的质点

27、而造成的空位；由于额外的质点充填晶格空隙而产生的填隙；由杂质成分的质点替代了晶格中固有成分质点的位置而引起的替位等。空位没有被占据的正常结点的位置发光中心发光体中被激发的电子跃迁回到基态（或与空穴复合）发射出光子的特定中心。可以是组成基质的离子、离子团或掺入的杂质。如果被激发的电子没有离开中心而回到基态产生发光，这类中心叫分立发光中心；电子被激发后离化，与空穴通过特定中心复合产生发光，这类中心叫复合发光中心。发光中心是指半导体中杂质或杂质与缺陷形成的复合体，其中进行辐射复合，产生特征发光，可能处于带隙中靠近价带的位置，也可能处于价带以下芯能级位置。X射线荧光当能量高于原子内层电子结合能的高能X

28、射线与原子发生碰撞时，驱逐一个内层电子而出现一个空穴，使整个原子体系处于不稳定的激发态，激发态原子寿命约为10-12-10-14s，然后自发地由能量高的状态跃迁到能量低的状态。这个过程称为驰豫过程。驰豫过程既可以是非辐射跃迁，也可以是辐射跃迁。当较外层的电子跃迁到空穴时，所释放的能量随即在原子内部被吸收而逐出较外层的另一个次级光电子，此称为俄歇效应，亦称次级光电效应或无辐射效应，所逐出的次级光电子称为俄歇电子。它的能量是特征的，与入射辐射的能量无关。当较外层的电子跃入内层空穴所释放的能量不在原子内被吸收，而是以辐射形式放出，便产生X射线荧光，其能量等于两能级之间的能量差。因此，X射线荧光的能量

29、或波长是特征性的，与元素有一一对应的关系。全反射光在不同物质中的传播速度是不同的，当从一种物质射向另一物质时，在两种物质的交界面会产生折射和反射。折射光的角度随入射光的角度变化而变化，当入射光的角度达到或超过某一角度时，折射光消失，入射光全部被反射，即光的全反射。不同物质对相同波长光的折射角是不同的，不同物质折射率不同，相同物质对不同波长光的折射角度也不同。激发光谱 excitation spectrum反映某物质在不同波长激发下的发光情况，纵坐标越高，发光越强，能量也越高。横坐标的波长是指激发光的波长。计算效率时要算出整个发光光谱范围内的积分强度（激发光是单色的），所以每个激发峰对应于一个激

30、发态的振动能级，而这个激发峰的纵坐标则反映了到达这个振动能级的电子数目的多少，或者说概率的大小。在分析发光机理时，有时可以监视某一波段范围内的积分强度,或者单一波长处的强度。以I表示发光强度，E表示激发光强度，是吸收系数，d是样品厚度，则有(1)式中()是发光效率。如果样品很厚，或者发光中心的浓度很高，吸收很强,所有的激发光都被样品吸收了,则近似地得到 ()=I/E()。(2)如果吸收很弱，则可近似为 ()=I/【2.3E()()·d】。吸收光谱反映一个物质对光的吸收能力，表征物质对哪些频率的光具有较强的吸收作用。横坐标是发光光源的连续波长，纵坐标是吸收的强度，与发光光谱相互对应。吸

31、收光谱是温度很高的光源发出来的白光，通过温度较低的蒸汽或气体后产生的，如让高温光源发出的白光，通过温度较低的钠的蒸汽就能生成钠的吸收光谱。大量实验发现，每一种元素的吸收光谱里暗线的位置跟明线位置相互重合，即每种元素所发射的光的频率跟吸收的光频率是相同的。发射光谱反映一个物质的发光能力，表征物质在哪些频率具有较强的发光特性。横坐标是连续的发光波长，纵坐标是发光强度。傅里叶转换红外光谱是一种用来获得固体,液体或气体的吸收,发射,光电导性或拉曼散射的红外光谱技术。傅立叶转换红外光谱仪同时收集一个大范围内的光谱数据。测试原理是放红外光投过物质时，物质要吸收与其分子振动、转动频率相一致的波长的光，使相应

32、波长的光强度减弱而形成特征图谱，根据特征图谱确定样品中所含基团或化学键的类型及周围环境，确定分子中原子的排列方式，进而推断物质的结构。红外吸收定性分析的基本原理是组成物质的各种分子的红外光谱受周围分子的影响很小，都有其特定的红外光谱，混合物的光谱则是各自体系光谱的简单算术加和，且组成分子的基团或化学键都有其特定的振动形式，对应特征的振动频率，在红外光谱中表现出特征的吸收谱带位置。玻璃一种在X光鉴定下呈现非晶质相的固体。不论有机或无机玻璃，其构成的原子或分子都呈现无序分布，不具备长程有序化的结构，但可能具有短程的规律性。配位性一种共价键，成键的两原子间共享的两个电子不是由两原子各提供一个，而是来

33、自一个原子。配位键是极性键，电子总是偏向一方，根据极性强弱，或接近离子键，或接近极性共价键。在一些配合物中，除配体向受体提供电子形成普通配位键外，受体电子也向配体转移形成反馈配建。拉曼光谱拉曼是一种光散射的过程，当光与分子相互作用时，一部分光的波长发生改变，通过对这些颜色发生变化的散射光的研究，可得到分子结构的信息，这种效应命名为拉曼效应。拉曼散射即入射光穿过物质时，小部分光发生的非弹性散射，导致能量损失及波长的改变。拉曼光谱系统通常用激光波长的激光能量除去振动谱的能量即得到拉曼散射的光能量，由于散射光的频率与激发光频率之差的绝对值取决于分子振动能级的改变，与入射光的波长无关，因此是特征的。稀

34、土元素稀土元素是周期表中IIIB族钇和镧系元素之总称。其中钷是人造放射性元素。他们都是很活泼的金属，性质极为相似，常见化合价+3，其水合离子大多有颜色，易形成稳定的配化合物。稀土的发光是稀土离子的4f层电子在不同能级之间跃迁过程中产生的。处于基态或低激发态的稀土离子受外界激发吸收能量，跃迁至激发态，当4f层电子从激发态跃迁回基态时，辐射出不同波长的光。稀土离子发射的光谱可以吸收和发射从紫外-可见-红外光区域内不同范围波长的电磁辐射。发光通常分为两类，f-f 跃迁（f电子处于内壳层，受到外层电子的屏蔽，基质对发射波长的影响很小，浓度、温度猝灭较小，高温下仍可正常工作发光，并具有从紫外一直到红外较

35、宽的发射光谱）属于4f组态内的线状谱跃迁，f-d跃迁（5d轨道处于最外层，晶场环境对发光的影响较大，发射光谱为宽谱，发射范围从紫外到红外，温度对光谱的影响较大，f-d属于允许跃迁，材料的荧光寿命短，发生强度较f-f跃迁强。大部分+3价稀土离子的吸收或发射都源自于稀土离子内层4f-4f的电子跃迁能级。稀土离子的发光机理：稀土固体发光材料受到紫外线、X射线、电子轰击、摩擦或其他激发作用时，产生辐射的一种物理过程，可分为三步，基质晶格吸收激发能基质晶格将吸收的激发能传递给激活离子，使其激发被激发的稀土离子发出荧光而返回基态。作发光中心的主族金属离子第五周期的锡和锑，第六周期的铅和铋。辐射弛豫分子从能

36、量较高的激发态通过弛豫过程回到基态并发射光子的衰变过程，辐射弛豫包括荧光和磷光两种过程。本征缺陷不含有外来杂质，仅由晶体的不完善产生出的缺陷。本征缺陷主要由空位缺陷、间隙缺陷、错位缺陷等。例如，在氟化钠晶体中，可能的本征缺陷是弗伦克尔缺陷，即氟离子空位和间隙氟离子形成的缺陷对。在氯化钠晶体中可能存在的本征缺陷是肖特基缺陷，即钠离子和氯离子空位形成的缺陷对。间隙原子某个晶格间隙中挤进了原子，又称填隙原子，点缺陷的一种。原子脱离其平衡位置进入原子间隙而形成的。晶格原子间的间隙很小，一个原子挤进去必然使周围原子偏离平衡位置，造成晶格畸变。如果在点阵的间隙位置挤进一个同类的原子，就形成了一个自间隙原子

37、；如果外来的杂质原子挤进了点阵的间隙位置，形成了间隙式杂质原子。间隙原子在离子晶体的导电和扩散中起重要作用。间隙杂质原子在晶格间隙间迁移时所需的激活能比较小，因此扩散速率较快。这种杂质具有一个共同点是它们在禁带内具有深能级，影响电导率，称为复合中心或俘获中心。间隙子的热平衡温度服从玻尔兹曼分布，浓度随温度升高而增加。点缺陷在结点或邻近的微观区域内偏离晶体结构的正常排列的一种缺陷。发生在晶体中一个或几个晶格常数范围内，如空位、间隙原子、杂质原子等都是点缺陷。晶体中晶格中的原子由于热振动能量的涨落而脱离格点移动到晶体表面的正常格点位置上，在原来格点位置留学空位，这种空位称为肖脱基缺陷（等量的正离子

38、空位和负离子空位）；如果脱离格点的原子跑到邻近的原子空隙形成间隙原子，这种缺陷称为弗伦克尔缺陷（等量的正离子空位和间隙正离子）。按几何位置分为：间隙原子、空位、杂质原子点缺陷是晶格上的一种局部错乱，影响范围只有邻近几个粒子，根据点缺陷不同的成因可以将点缺陷分为下面三类：本征缺陷、杂质缺陷和电子缺陷。本征缺陷：在点阵中晶格结点出现空位，或在不该有粒子的间隙上多出了粒子。还可能是一种粒子占据了另一种粒子应该占据的位置形成错位。这些缺陷的产生，主要由于粒子的热运动。任何高于OK的实际晶体，晶格结点上的粒子都在其平衡位置附近做热运动，若干能量较高的粒子脱离平衡位置形成缺陷。杂质缺陷：点缺陷数目中最多的

39、一类，半径较小的杂质粒子常以间隙粒子进入晶体。粒子晶体中如果杂质离子的氧化数与所取代的离子不一致，给晶体带来额外电荷。额外电荷通过其他相反电荷的离子来补偿通过产生空位来抵消，以保持整个晶体的电中性。杂质缺陷一般不改变原理基质晶体的晶格，但会因晶格畸化而活化，为粒子迁移提供条件。电子缺陷：是以上两类缺陷引起的一种电子效应缺陷。按照能带理论，OK下大多数半导体材料的纯净完整晶体都是电绝缘体，但在高于OK的温度下，由于热激发、光辐照等因素会使少数电子从满带激发到导带，原来满带中被这些电子占据的能级便空余出来，能带中的这些空轨道称为空穴。满带中的空穴和导带中的部分电子是使半导体导电的主要原因，可见，实

40、际晶体中的微量杂质和其他缺陷改变了晶体的能带结构并控制着其中电子和空穴的浓度及其运动，对晶体的性能具有重要的影响。非化学计量缺陷阴离子缺位型自由电子陷落在阴离子空位中而形成的一种缺陷称为F色心，由于陷落的电子可以吸收一定的波长的光而得名。如氧空位阳离子填隙型过剩的金属离子加入间隙位置，带正电。为保持电中性，等价的电子被束缚在间隙正离子周围，也构成了一种色心。阴离子填隙型为保持电中性，结构中出现了电子空穴，相应的正离子升价。电子空穴不局限于特定的正离子，它会在电场作用下发生运动。因此为P型半导体。目前只有UO2+X中有阴离子填隙型缺陷产生。阳离子空位型为保持电中性，在正离子空位周围捕获电子空穴，这类材料也属于P型半导体。非化学计量缺陷非化学计量化合物的产生极其缺陷的浓度与气氛的性质及气压大小有密切关系，往往是具有变价元素的化合物，且与环境中的氧分压直接有关。能带理论与原子能级关系量子力学证明当N个原子相接近形成晶体时，由于共有化运动（原子的外层电子/高能级，势垒穿透概率较大，电子可以在整个晶体中运动，称为共有化电子），原来单个原子中每一个允许能级要分裂成N个与原来能级很接近的新能级，实际晶体中，原子数目很大，新能级与原来能级非常接近，所以两个能级间距离很小，几乎可把这一段能级看作连续的。把N个能级所具有的能